量子計(jì)算及其在化學(xué)中的應(yīng)用
定 價(jià)：118 元
- 作者：袁驍?shù)?/span>
- 出版時(shí)間：2025/9/1
- ISBN：9787030835680
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：O6-39
- 頁(yè)碼：237
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：B5
本書系統(tǒng)介紹了量子計(jì)算的基礎(chǔ)理論與核心算法，以及在計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用。全書分為三大部分：第一部分為量子基礎(chǔ)，內(nèi)容涵蓋量子計(jì)算概述、量子信息基礎(chǔ)及量子計(jì)算模型，旨在構(gòu)建讀者對(duì)量子計(jì)算核心概念的理解；第二部分介紹適用于不同量子硬件（如容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)與含噪中等規(guī)模量子系統(tǒng)）的量子算法，包括量子相位估計(jì)、變分量子本征值求解器和動(dòng)力學(xué)模擬方法等；第三部分聚焦于量子計(jì)算化學(xué)的理論與應(yīng)用，詳細(xì)討論電子結(jié)構(gòu)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬及其在量子計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方式，并評(píng)述當(dāng)前硬件發(fā)展和潛在挑戰(zhàn)，展望量子化學(xué)在未來10～20年內(nèi)的突破性應(yīng)用。
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(1) 2012-09 至 2017-01, 清華大學(xué), 物理, 博士
(2) 2008-09 至 2012-07, 北京大學(xué), 物理, 學(xué)士(1) 2019-10 至 2020-10, 斯坦福大學(xué)
(2) 2017-08 至 2019-09, 牛津大學(xué)
(3) 2017-01 至 2017-07, 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
(4) 2021-11 至 今, 北京大學(xué)
量子計(jì)算、量子信息在物理領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際會(huì)議及期刊發(fā)表論文87篇。袁驍博士創(chuàng)立量子模擬和量子信息實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室的研究方向包括量子模擬算法設(shè)計(jì)、量子機(jī)器學(xué)習(xí)、量子基礎(chǔ)理論等。無
目錄
第一部分 量子基礎(chǔ)
第1章 量子計(jì)算概述 3
1.1 量子計(jì)算的發(fā)展歷史 3
1.2 量子計(jì)算硬件的發(fā)展 5
1.3 量子計(jì)算化學(xué) 8
1.4 當(dāng)前存在的開放問題與挑戰(zhàn) 11
第2章 量子信息基礎(chǔ) 12
2.1 線性代數(shù) 12
2.1.1 向量和希爾伯特空間 12
2.1.2 矩陣.16
2.2 純態(tài)、幺正演化和投影測(cè)量 20
2.2.1 純態(tài) 20
2.2.2 算符以及算符的平均值 23
2.2.3 量子系統(tǒng)的演化 24
2.2.4 投影測(cè)量 27
2.3 密度矩陣、量子信道和量子測(cè)量 31
2.3.1 密度矩陣 31
2.3.2 量子信道 35
2.3.3 量子測(cè)量 37
第3章 量子計(jì)算模型 39
3.1 單量子比特門 39
3.2 多量子比特門 42
3.2.1 兩量子比特控制門 42
3.2.2 其他兩量子比特門 45
3.2.3 多量子比特門 48
3.3 量子比特門的通用性 51
3.3.1 精確實(shí)現(xiàn)：?jiǎn)瘟孔颖忍亻T+CNOT 52
3.3.2 近似實(shí)現(xiàn) 53
第二部分 量子算法
第4章 適用于容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的量子算法 57
4.1 量子算法基礎(chǔ)模塊 57
4.1.1 量子傅里葉變換 57
4.1.2 量子相位估計(jì) 59
4.1.3 經(jīng)典數(shù)據(jù)的量子編碼 61
4.1.4 塊編碼 69
4.1.5 量子振幅放大 71
4.1.6 量子信號(hào)處理 72
4.2 動(dòng)力學(xué)模擬算法 75
4.2.1 Trotter-Suzuki分解 76
4.2.2 隨機(jī)線路編譯器 78
4.2.3 基于泰勒展開的動(dòng)力學(xué)模擬 80
4.2.4 基于量子信號(hào)處理的動(dòng)力學(xué)模擬 84
4.2.5 含時(shí)和開放系統(tǒng)的演化模擬 86
4.3 靜態(tài)問題 89
4.3.1 基于相位估計(jì)的本征態(tài)投影算法 89
4.3.2 基于量子信號(hào)處理的本征態(tài)投影算法 90
4.3.3 其他非投影算法 93
第5章 適用于NISQ硬件的量子算法 98
5.1 NISQ時(shí)代 98
5.1.1 NISQ硬件特點(diǎn) 98
5.1.2 NISQ算法概述 100
5.2 一些基本概念 102
5.2.1 擬設(shè) 102
5.2.2 表達(dá)能力.112
5.2.3 代價(jià)函數(shù) 119
5.2.4 梯度下降法 119
5.2.5 貧瘠高原問題 121
5.2.6 代價(jià)函數(shù)、梯度等觀測(cè)量的測(cè)量 125
5.2.7 算符測(cè)量方案 134
5.3 靜態(tài)問題 140
5.3.1 針對(duì)基態(tài)和激發(fā)態(tài)問題的量子變分算法 140
5.3.2 其他靜態(tài)問題 149
5.4 動(dòng)態(tài)問題 155
5.4.1 變分實(shí)時(shí)演化 155
5.4.2 一般過程演化 159
第三部分 量子計(jì)算化學(xué)
第6章 量子計(jì)算化學(xué)原理與應(yīng)用 167
6.1 電子結(jié)構(gòu)問題經(jīng)典計(jì)算方法 168
6.1.1 分子的哈密頓量 169
6.1.2 波函數(shù)方法 171
6.1.3 基組 183
6.2 從量子計(jì)算到量子化學(xué) 186
6.2.1 量子計(jì)算對(duì)于量子化學(xué)的意義 186
6.2.2 費(fèi)米子編碼為量子比特 190
6.3 量子計(jì)算化學(xué)理論實(shí)踐：H2分子的計(jì)算 195
6.3.1 使用STO-3G基組的H2分子哈密頓量 196
6.3.2 H2分子波函數(shù)的二次量子化 201
6.3.3 基于Bravyi-Kitaev編碼的H2分子 203
6.3.4 H2分子哈密頓量的測(cè)量與計(jì)算結(jié)果 207
6.3.5 一些其他問題的討論 209
第7章 量子化學(xué)動(dòng)力學(xué) 215
7.1 化學(xué)中的量子動(dòng)力學(xué) 215
7.2 量子動(dòng)力學(xué)理論 216
7.2.1 量子諧振子及其二次量子化 216
7.2.2 原子核波函數(shù)的基組 218
7.2.3 兩態(tài)系統(tǒng)與位移諧振子模型 222
7.2.4 有限溫理論 224
7.3 量子動(dòng)力學(xué)的量子計(jì)算 227
7.3.1 原子核運(yùn)動(dòng)的量子編碼 227
7.3.2 分裂算符傅里葉變換(SOFT) 230
7.3.3 應(yīng)用案例 233
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